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聚光發(fā)電系統(tǒng)

聚光光伏組件技術(shù)融合多結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池外延技術(shù)和菲涅爾高倍聚光光學(xué)設(shè)計(jì),創(chuàng)造出在1000倍光強(qiáng)下,轉(zhuǎn)換效率高達(dá)27%的IEC記錄,為聚光光伏領(lǐng)域創(chuàng)造了一個(gè)新的基準(zhǔn)。

一、聚光光伏組件

聚光光伏組件技術(shù)融合多結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池外延技術(shù)和菲涅爾高倍聚光光學(xué)設(shè)計(jì),創(chuàng)造出在1000倍光強(qiáng)下,轉(zhuǎn)換效率高達(dá)27%的IEC記錄,為聚光光伏領(lǐng)域創(chuàng)造了一個(gè)新的基準(zhǔn)。

優(yōu)勢(shì):

   1)自主研發(fā)生產(chǎn)的高效多結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池,25年性能衰降小于5%。

   2)相對(duì)于晶硅組件,由高溫環(huán)境應(yīng)用引起的功率衰降時(shí)大大降低。

   3)使用德國(guó)進(jìn)口透射式、非成像光學(xué)菲涅爾透鏡和多級(jí)聚光器件,聚光效率大于85%。

   4)采用堅(jiān)固的鋼化玻璃和陽(yáng)極氧化金屬框架,可抵抗冰雹沖擊和2400MPa以上的靜力載荷。

   5)采用模塊化裝配技術(shù),無(wú)暴露的電路和導(dǎo)線,避免了火災(zāi)危險(xiǎn)。

   6)內(nèi)部無(wú)活動(dòng)部件,避免了機(jī)械失效,保證運(yùn)輸安全。

   7)基于玻璃的聚光器件可有效避免紫外輻射造成的光學(xué)效率衰降。

圖2 聚光光伏產(chǎn)業(yè)鏈

聚光接收器是運(yùn)用SMT技術(shù)和IC封裝技術(shù)將三結(jié)砷化鎵太陽(yáng)電池、旁路二級(jí)管、金屬連接器等封裝至鍍金覆銅陶瓷基板表面。這種封裝形式可以很容易的將聚光電池應(yīng)用到聚光光伏系統(tǒng)中。

圖3 聚光接收器

聚光光路設(shè)計(jì)中,入射光通過(guò)三級(jí)聚光部件進(jìn)行聚光。其中初級(jí)光學(xué)器件(菲涅爾非成像玻璃透鏡)裝配到組件框架結(jié)構(gòu)上,二三級(jí)光學(xué)器件裝配到聚光接收器模塊上。這種設(shè)計(jì)將入射接收角提高至±0.86°,同時(shí)提高光線均勻度。有效的提高了功率和效率。該光學(xué)器件及光路解決方案由德國(guó)知名光學(xué)設(shè)計(jì)公司提供。

圖4聚光光路

聚光光伏組件由12個(gè)獨(dú)立的聚光接收器模塊、一塊陣列式平板透鏡和鋁材框架組成。寬泛的入射角容差設(shè)計(jì),有效的降低了追日跟蹤器等平衡系統(tǒng)的成本。從組件到跟蹤器,全方位密封設(shè)計(jì)確保產(chǎn)品對(duì)可靠性的要求,實(shí)現(xiàn)防水延年。

圖5 聚光光伏組件安裝尺寸

千倍聚光光伏組件CM3D的性能參數(shù)如表1所示。

表1 聚光光伏組件性能參數(shù)

性能參數(shù) @ 1000W/m2 *
功率(Pmax)* 350W±5%
最大功率電壓(Vmp) 32.75
最大功率電流(Imp) 10.69
開(kāi)路電壓(Voc) 36.05
短路電流(Isc) 11.93
組件效率 27.3%
接收角度 ±0.86°
最佳工作溫度 -40~50℃
溫度系數(shù)
功率 -0.154%/℃
電壓 -0.065V/℃
電流 1.35mA/℃
機(jī)械性能
尺寸(長(zhǎng)×寬×高) 1.37m×1.05m×0.59m
重量 42kg
接插件 4mm2 即插即拔式 連接器 
材料 Al
菲涅爾透鏡 玻璃硅橡膠(SOG) 
認(rèn)證
鑒定 IEC62108
電性能  TUV safety CalssⅡ

二、追日跟蹤器

由于地球的自轉(zhuǎn),相對(duì)于某一個(gè)固定地點(diǎn)的追日跟蹤系統(tǒng),一年春夏秋冬四季、每天日升日落,太陽(yáng)的光照角度時(shí)時(shí)刻刻都在變化。為了保證聚光光伏組件板能夠時(shí)刻正對(duì)太陽(yáng),需要為系統(tǒng)中配置追日跟蹤器,使組件單位面積接收的太陽(yáng)輻射最多,保持最大發(fā)電功率。

追日跟蹤系統(tǒng)由:結(jié)構(gòu)部分、傳動(dòng)部分、控制部分等組成。如圖6。

圖6 追日跟蹤器

 

根據(jù)追日跟蹤器跟蹤的維數(shù)(從一個(gè)或兩個(gè)方向上跟蹤太陽(yáng))我們將跟蹤系統(tǒng)分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤,作為高倍聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)中,我們使用雙軸跟蹤方式。

雙軸追日跟蹤器的優(yōu)點(diǎn)和作用:
      1)提高多達(dá)50%以上的發(fā)電量,降低發(fā)電成本;
      2)延長(zhǎng)逆變器滿最佳載荷工作時(shí)間,提高逆變效率;
      3)發(fā)電功率穩(wěn)定、可預(yù)測(cè),減小對(duì)電網(wǎng)沖擊;
      4)自潤(rùn)滑銷(xiāo)軸,免除維護(hù)成本;
      5)抗風(fēng)沙設(shè)計(jì),有效適應(yīng)沙漠、戈壁惡劣環(huán)境;
      6)模塊化控制電路,具有群控和監(jiān)視功能,降低系統(tǒng)成本;
      7)適應(yīng)不同場(chǎng)地施工(減少土地平整、施工費(fèi)用);
      8)降低灰塵、雪對(duì)電池組件表面的遮擋,消除或減少組件陰影遮擋,提高發(fā)電量,增加壽命。

圖7 雙軸追日跟蹤器全年對(duì)發(fā)電功率的影響

圖8 雙軸追日跟蹤器某一日對(duì)發(fā)電功率的影響(新疆哈密)

TT追日跟蹤器的參數(shù)如表2所示。

表2 T10追日跟蹤器參數(shù)

序號(hào) 項(xiàng)目 參數(shù)
1 控制方式 光控+時(shí)控+GPS
2 控制精度 ±0.2°
3 高度角跟蹤范圍 -20°~80°
4 方位角跟蹤范圍 -120°~120°
5 保護(hù)抗風(fēng)(可選) 8級(jí)風(fēng)組件正面自動(dòng)放平
6 工作溫度(℃) -25℃~+80℃
7 供電方式 AC:220V
8 驅(qū)動(dòng)功率 60W×2
9 材質(zhì) 熱浸鋅鋼材(Q235)
10 機(jī)械壽命/質(zhì)保 >25年/1年
11 電機(jī)壽命/質(zhì)保 >5年/1年

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)共6臺(tái)型號(hào)為T(mén)T的追日跟蹤器,每臺(tái)追日跟蹤器上安裝1塊聚光光伏組件CM3D。系統(tǒng)可采用并網(wǎng)或離網(wǎng)發(fā)電方式。可根據(jù)用戶需求進(jìn)一步設(shè)計(jì)。系統(tǒng)初步配置如表3。

表3 聚光發(fā)電系統(tǒng)初步配置

序號(hào) 項(xiàng)目 型號(hào) 數(shù)量 備注
1 聚光光伏組件 CM3D 6 峰值功率350W
2 追日跟蹤器 TT 6 可安裝1塊組件,跟蹤精度±0.2°(光控)

    追日跟蹤器地基設(shè)計(jì)需要參考當(dāng)?shù)赝寥赖刭|(zhì)條件,可提供參考地基圖紙。

圖9 聚光系統(tǒng)

圖10聚光發(fā)電系統(tǒng)示意圖

TT追日跟蹤器設(shè)計(jì)高度角為20°~80°,因此在設(shè)計(jì)跟蹤器排布時(shí)需考慮到太陽(yáng)高度角在大于20°時(shí),跟蹤器之間不會(huì)互相遮擋。

圖11 跟蹤器不同俯仰角及方位角時(shí)的遮擋曲線

 

圖12跟蹤器不同俯仰角及方位角時(shí)的遮擋系數(shù)